\section{物体的浮沉条件}\label{sec:6-3}

既然物体在液体中都受到浮力，那么为什么木块能浮在水面上，而铁块在水里却下沉呢？
钢板在水里会下沉，而用钢板制成的轮船和舰艇却能浮在水面上呢？

要回答上面这些问题，需要全面考虑浸在水里的物体受到的力。
浸在水里的物体受到两个力的作用：
一个是水对物体的向上的浮力，它的大小等于物体排开的水重；
另一个是物体受到的向下的重力（图 \ref{fig:6-6}）。
\CJKunderwave{物体的浮沉就决定于它受到的浮力和它受到的重力的大小}。

\begin{figure}[htbp]
    \centering
    \begin{minipage}{7cm}
    \centering
    \includegraphics[width=3cm]{../pic/czwl1-ch6-6}
    \caption{物体在液体中受到浮力和重力}\label{fig:6-6}
    \end{minipage}
    \qquad
    \begin{minipage}{7cm}
    \centering
    \includegraphics[width=4cm]{../pic/czwl1-ch6-7}
    \caption{浮在液面上的物体受到的浮力等于物体受到的重力}\label{fig:6-7}
    \end{minipage}
\end{figure}

\textbf{浸没在液体中的物体，如果受到的浮力大于它受到的重力，物体就上浮；
如果浮力小于重力，物体就下沉；
如果浮力等于重力，物体就可以停留在液体里任何深度的地方}。

木决完全浸没在水里的时候，因为木料的密度小于水的密度，所以木块比同体积的水轻，
也就是说，木块受到的浮力比木块受到的重力大，所以木块上浮。
露出水面以后，木块再继续上浮时，排开的水就逐渐减少，浮力也随着减小，
直到浮力减小到跟木块重相等时，浮力和重力互相平衡，木块就不再上浮。
因此，\textbf{漂浮在液面上的物体受到的浮力等于物体受到的重力}（图 \ref{fig:6-7}）。


铁块浸没在水里的时候，因为铁的密度比水的密度大，所以铁块比同体积的水重，
也就是说，铁块受到的浮力小于铁块受到的重力，所以铁块下沉。
把一块铅皮揉成团放在水里，由于铅的密度比水的密度大，以铅团在水里也下沉（图 \ref{fig:6-8} 甲）。
\begin{figure}[htbp]
    \centering
    \includegraphics[width=0.6\textwidth]{../pic/czwl1-ch6-8}
    \caption{铅团下沉，铅盒浮在水面上}\label{fig:6-8}
\end{figure}
如果把铅皮做成盒子，铅皮受到的重力虽然没有改变，但是空心的铅盒的体积比铅团的体积大得多，
排开的水也就多，因此受到的浮力就大，所以铅盒能够浮在水面上（图 \ref{fig:6-8} 乙）。

由此可见，如果要用密度大于水的材料制成能够浮在水面的物体，可以把它做成空心的，使它能够排开更多的水。
人们就是根据这个道理，用密度大于水的钢铁制造了轮船、舰艇。

轮船的大小通常是用轮船的排水量表示的。轮船的排水量就是轮船装满货物后排开的水重。
轮船在安全所允许的情况下，满载货物时，水表面和船舷相交的线叫做载重线，
一般把它画在船壳外表面上。装货时不能使载重线的上缘没入水面以下，否则会发生危险。


\liti 有一个空心铝球，重 4.5 牛顿，体积为 $0.5\lffm$，如果把这个铝球浸没在水中，
它受到的浮力是多大？它是上浮还是下沉？

解：铝球受到的浮力
$$ F_\text{浮} = G_\text{水} = \rho_\text{水} gV_\text{排} = 1000 \qkmlfm \times 9.8 \ndmqk \times 0.0\; 005\lfm = 4.9 \niudun \;\juhao$$

$4.9 \niudun > 4.5 \niudun$，浮力大于重力。

答：铝球受到的浮力是 4.9 牛顿，把它浸没在水中它将上浮。


\lianxi

(1) 冰块为什么浮在水面上？

(2) 为什么铁块在水中下沉，而在水银中却能浮在液面上？

(3) 船从河里开到海里的时候，是沉下去一些还是浮起来一些？为什么？

(4) 水雷重 4400 牛顿，体是 $500\lffm$。把它浸没在水中，受到的浮力是多大？水雷是浮在水面还是沉入水底？



